Design von außen nach innen: Reverse Engineering

Die Produktkonstruktion erfolgt heute vorwiegend digital. Seit Jahren schreiben Redakteure und Branchenanalysten über die papierlose Konstruktion, doch Tatsache ist, dass Entwürfe zwar digital getestet, überprüft und validiert werden können, die meisten Hersteller aber nach wie vor auch echte Teile und Prototypen benötigen.

Das hat zur Folge, dass das Erfassen von Daten anhand von physischen Objekten und das Einlesen dieser Daten in das digitale Modell oft ein wesentlicher Bestandteil des Konstruktionszyklus sind. Mit zunehmender Verwendung von 3D-CAD-Systemen hat sich Reverse Engineering als praktikables Werkzeug zur Erzeugung eines virtuellen 3D-Modells von einem vorhandenen physischen Teil bewährt. Das Modell kann anschließend in 3D-CAD, CAM und anderen computergestützten Entwicklungsanwendungen verwendet werden.

Immer mehr Hersteller setzen Reverse Engineering in der Produktentwicklung ein. Das ist auch darauf zurückzuführen, dass die Preise für Scanner und anderen Messgeräten drastisch gesunken sind. Zugleich ist die Hardware kleiner und benutzerfreundlicher geworden. Die Software ist ebenfalls komfortabler geworden und die Konvertierung und Verwaltung der gescannten Daten wurden vereinfacht.

Für das Reverse Engineering müssen Hardware und Software perfekt aufeinander abgestimmt sein. Mit der Hardware wird das Objekt vermessen, mit der Software wird daraus ein 3D-Modell rekonstruiert. Das Objekt kann mithilfe von 3D-Scantechnologien vermessen werden, z. B. mit Koordinatenmessgeräten (CMM), Laser-Scannern, Streifenprojektionssensoren oder Computertomografen.

Sehen wir uns einige der Fortschritte bei der Reverse Engineering-Technologie einmal genauer an, von 3D-Laser-Scannern bis hin zur Software zur Konvertierung der gescannten Daten.

 

Neuerungen beim Scannen

Immer mehr Ingenieure nutzen Laser-Scanner, um Prototypen für neue Produkte anzufertigen und die Übereinstimmung mit den ursprünglichen CAD-Entwürfen sicherzustellen. Selbst wenn Prototypen mit den neuesten und genauesten Verfahren hergestellt werden, müssen sie oft noch vermessen und mit den CAD-Entwürfen abgeglichen werden, um die genaue Einhaltung der Kundenvorgaben zu gewährleisten. Laser-Scanner erleichtern die Erfassung von 3D-Daten von physischen Objekten.

Neue 3D-Laser-Video-Scanner erfassen einzelne 3D-Bilder und setzen diese dann automatisch zu einem einzigen Netz zusammen. Während des Scannens können die Anwender sich frei um das Objekt bewegen und es aus allen Winkeln kontinuierlich filmen. Die videobasierten Scanner messen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 500.000 Punkten pro Sekunden. Damit sind sie schneller als Laser-Scanner und können sich bewegende Objekte ebenso scannen wie stationäre. Weil sie tragbar sind, können sie im Sport, in der Medizin, für Computergrafiken, in der Architektur, für Prototypen und in der Fertigung eingesetzt werden.

In der Vergangenheit waren mehrere Konfigurationen und feststehende Stative, mechanische Arme oder separate Positionierungsvorrichtungen notwendig, die immer wieder neu auf die Zielflächen ausgerichtet werden mussten. Neue Hand-Scanner können 3D-Oberflächen in Echtzeit digitalisieren und Oberflächeninformationen in 24-Bit-Farbe erfassen. Somit rendern sie ein Gesamtbild des Objekts, nicht nur seine Geometrie.

Diese tragbaren Modelle sind ideal für das Scannen von Objekten in engen Räumen. Zudem werden die Daten in einem einzigen Referenzmodell erfasst, sodass keine zeitaufwändige und fehlerbehaftete Nachbearbeitung notwendig ist, um mehrere Scans zusammenzuführen. Farbige 3D-Daten sorgen für mehr Realismus und Detailnähe bei Visualisierung und Konzeptmodellen. Damit sind sie perfekt für das Produkt-Design und das Reverse Engineering geeignet.

 

Software

Mehrere softwareseitige Verbesserungen haben ebenso dazu beigetragen, das Reverse Engineering schneller und einfacher zu machen. Durch das Scannen eines Objekts erhält man eine Punktwolke mit oft enormen Datenmengen. Bei früheren Versionen von Reverse Engineering- oder Punktwolken-Verarbeitungssoftware mussten anschließend manuell Oberflächen durch die Punktwolken verflochten und die Genauigkeit und Passung kontinuierlich angepasst werden. Das Ergebnis war ein Modell ohne Konstruktionselemente, Parameter oder Intelligenz, nichts als die reine Geometrie.

Moderne Reverse Engineering-Software ist einfacher in der Anwendung und kostengünstiger als je zuvor. Außerdem ist sie perfekt in die CAD-Programme integriert, sodass Ingenieure direkt über ihre CAD-Software auf die wichtigsten Funktionen zugreifen können. Die Anwender können Objekte scannen und die Scandaten anschließend in die Reverse Engineering-Software importieren. Die Software verarbeitet die 3D-Punktwolkendaten und konvertiert sie in ein Modell, ein neutrales, oberflächenbasiertes CAD-Modell oder ein Netz um, das digital simuliert werden kann.

Wenn eine weitere Optimierung erforderlich ist, fehlt diesen Modellen allerdings oft die Intelligenz oder die Konstruktionsabsicht für weitere Verfeinerungen und Änderungen. Durch die zunehmende Verbreitung von direkten Modellierungstools könnte sich das ändern. Direkte Modellierungsfunktionen ermöglichen die direkte Manipulation der Modellgeometrie, unabhängig vom Modellierungsverlauf. Dadurch ist es viel leichter, oberflächenbasierte Modelle, die aus Scandaten erzeugt wurden, zu manipulieren und zu optimieren.

 

Bild: Paolo Tonon

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